CN108886185B - 散热盒及利用其的电动汽车用电池组 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及散热盒及利用其的电动汽车用电池组，散热盒的特征在于，上述散热盒由框架结构体构成，上述框架结构体包括：收容贯通孔，形成于中央区域，来收容一对电池；以及设置部，形成于上述收容贯通孔的侧壁来设置上述一对电池，上述框架结构体由散热塑料成形并嵌件成型有铝框架。

Description

散热盒及利用其的电动汽车用电池组
技术领域
本发明涉及散热盒，更详细地，涉及减少制造成本、提高散热特性、可产生均匀的散热性能、刚性优秀并可防止变形的散热盒及利用其的电动汽车用电池组。
背景技术
最近，电动汽车、便携式电话、笔记本电脑、数码相机等薄型能源存储装置的需求急剧增加。
如上所述的薄型能源存储装置使用二次电池，在二次电池中，高能源密度和可进行高输出驱动的锂二次电池的使用正在增加。
将锂二次电池制造成袋形态的电池来构成薄型结构，袋形态的电池具有连接多个来以小面积构成高容量电池的优点。
其中，在连接多个袋形态的电池的情况下，容量增加，但是，在每个电池进行充放电时所产生的热量集中于小的面积，因此，难以稳定地长时间进行驱动。
目前，需要研发将袋形态的电池的热量向外部抽取的技术。
在韩国公开专利公报第2009-0107443号中公开了一种电池单元模块用散热板，其作为***于多个电池单元之间层间的散热板，其特征在于，由通过向基体树脂填充热传导性填充物来形成的复合材料片和***于复合材料片的内部的多个碳纤维形成，多个碳纤维以在符合材料片的内部向散热板的边缘部延伸的方式***。
现有技术的散热板具有如下的缺点，即，在向多个电池单元之间的层间***来层叠电池的情况下，所层叠的模块的厚度以与所增加的散热板的厚度相同的厚度变厚，因此无法在相同的面积层叠多个电池，从而使容量减少。
并且，现有技术具有制造成本随着散热板的数量增加而增加的缺点。
发明内容
技术问题
本发明考虑到如上所述的问题而提出，其目的在于，提供减少制造成本、提高散热特性、可获取均匀的散热性能、刚性优秀并可防止变形的散热盒及利用其的电动汽车用电池组。
本发明的再一目的在于，提供在相同面积对多个电池进行层叠组装来构成高容量的散热盒及利用其的电动汽车用电池组。
本发明的另一目的在于，提供可有效地对从电池产生的热量进行散热的散热盒及利用其的电动汽车用电池组。
解决问题的手段
用于实现如上所述的目的的本发明一实施例的散热盒的特征在于，上述散热盒为由散热塑料成形并可收容一对电池的框架结构体，上述框架结构体包括：收容贯通孔，形成于中央区域；以及设置部，形成于上述收容贯通孔的侧壁来设置上述一对电池。
上述框架结构体可包括：散热塑料框架，具有对收容上述一对电池的收容贯通孔进行包围的设置部，沿着长度方向排列最两端部；以及铝框架，沿着上述散热塑料框架的长度方向与设置部的外侧形成为一体。
其中，为了维持绝缘性，本发明还可包括由上述铝框架的表面被阳极氧化而形成的氧化铝(Al2O3)形成的氧化覆膜层，在上述氧化覆膜层的表面可形成有凹凸。
并且，本发明还可包括嵌件成型于上述散热塑料框架的绝缘性塑料板，上述一对电池为袋式电池，上述袋式电池的电极端子可设置于上述绝缘性塑料板上来进行组装。
并且，为了迅速地释放从电池产生的热量，本发明还可包括嵌件成型于上述散热塑料框架的散热金属板。
此时，上述散热金属板可嵌件成型于与上述设置部接近的散热塑料框架区域。
这种散热金属板的一面可向外部露出并与如冷却模块的热交换器相接触来将内部的热量迅速地向热交换器传递并提高散热特性。
而且，本发明还可包括嵌件成型于上述散热塑料框架的设置部的热界面材料(TIM，Thermal Interface Material)，形成于上述设置部的结合槽可与热界面材料相结合。
与此同时，上述设置部可为以将上述收容贯通孔的侧壁水平地分为两部分的方式从上述收容贯通孔的侧壁突出的突起。
而且，上述散热塑料可为分散绝缘性散热填充物的可成形的树脂，上述收容贯通孔的深度可与上述一对电池的厚度相同或可比上述一对电池的厚度大。
本发明一实施例的散热盒的特征在于，包括：散热塑料框架，由散热塑料形成，具有对收容一对电池的收容贯通孔进行包围的设置部，沿着长度方向排列于两端部；以及一对铝框架，沿着上述散热塑料框架的长度方向与设置部的外侧形成为一体。
本发明一实施例的电动汽车用电池组可通过层叠多个如上所述的散热盒来构成。
发明的效果
根据本发明，镶嵌低价的铝框架并通过注塑成形散热塑料框架来构成散热盒，从而可大大降低制造成本、提高散热特性、刚性优秀并可防止变形。
根据本发明，利用散热塑料注塑成形散热盒的短的框架区域，利用铝框架镶嵌相对长的框架区域，从而可具有均匀的散热特性的效果。
根据本发明，可在具有与一对电池的厚度实质上相同的厚度的散热盒的收容贯通孔安装一对电池，因此，相对于相同的面积，可在层叠有多个散热盒的电池组内置较多量的电池，从而具有使电池组薄型化、轻薄化及高容量化的优点。
根据本发明，具有安装于散热盒的一对电池与突出于收容贯通孔的侧壁的设置部相接触或接近并通过驱动使从电池产生的热量通过设置部迅速地进行散热的优点。
根据本发明，使热界面材料嵌件成型于散热塑料框架的设置部或与上述散热塑料框架的设置部相接触来减少接触热阻，从而具有可使热释放变得顺畅地效果。
根据本发明，在与设置部接近的散热塑料框架区域嵌件成型热传导率高的金属板来使从电池产生的热量通过设置部及金属板迅速地向外部释放。
附图说明
图1为本发明第一实施例的散热盒的俯视图。
图2为在本发明第一实施例的散热盒安装有电池的状态的俯视图。
图3为在本发明第一实施例的散热盒安装有一对电池的状态的剖视图。
图4为本发明的电动汽车用电池组的示意性立体图。
图5为示出在本发明第一实施例的散热盒形成有金属板的状态的部分剖视图。
图6a及图6b为本发明第一实施例的散热盒的设置部与热界面材料相结合的状态的部分剖视图。
图7为本发明第二实施例的散热盒的俯视图。
图8为在本发明第二实施例的散热盒安装有电池的状态的俯视图。
图9为在本发明第二实施例的散热盒安装有一对电池的状态的剖视图。
图10为在适用于本发明第二实施例的散热盒的铝框架形成有氧化覆膜层的状态的部分剖视图。
图11为本发明第二实施例的电动汽车用电池组的示意性立体图。
图12为示出在本发明第二实施例的散热盒形成有金属板的状态的部分剖视图。
图13a及图13b为本发明第二实施例的散热盒的设置部与热界面材料相结合的状态的部分剖视图。
图14为示出在本发明第二实施例的散热塑料的散热塑料框架形成有绝缘性塑料的状态的部分俯视图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的具体实施方式进行说明。
参照图1，本发明第一实施例的散热盒300包括由散热塑料注塑成形并可收容一对电池的框架结构体100，上述框架结构体100包括：收容贯通孔110，形成于中央区域；以及设置部120，形成于上述收容贯通孔110的侧壁来设置上述一对电池。
其中，设置部120为以将收容贯通孔110的侧壁水平地分为两部分的方式从上述收容贯通孔110的侧壁突出的突起，可通过框架结构体100的上部及下部向收容贯通孔110***并设置一对电池。
优选地，这种设置部120沿着收容贯通孔110的侧壁形成，根据情况，能够以分离的形态形成于收容贯通孔110的侧壁的多个区域。
电池为薄型的能源存储装置，优选地，为具有高能源密度和可进行高输出驱动的以电化学的方式进行充放电的袋式电池，这种袋式电池将2个电极、隔板及电解质放入袋中并进行密封来制造。
散热塑料使用由石墨烯、碳等的材质形成的使导电性散热填充物分散的可非绝缘成形的树脂和BN、AlN、MgO、Al2O3、SiO2等使绝缘性散热填充物分散的可绝缘成形的树脂，通常，使用绝缘散热塑料作为绝缘性散热填充物，可将其定义为可在模具进行注塑成形，对通过绝缘散热填充物传递的热量进行散热，通过绝缘散热填充物和树脂具有绝缘性。
因此，含有散热填充物的散热盒300可对通过电池的充放电产生的热量进行散热。此时，热交换器对向散热盒300传递的热量进行冷却。热交换器可使用如冷却风扇的气冷式热交换器、利用冷却水的水冷式热交换器等可降低散热盒300的温度的所有可行的热交换器。
因此，本发明具有将电池安装于散热盒300来对从电池产生的热量有效地进行散热的优点。
参照图2，在散热盒300的框架结构体100的上部中，在设置部120设置第一电池201来收容于收容贯通孔110的分割区域，第二电池(未图示)在框架结构体100的下部中设置于设置部120来收容于收容贯通孔110的剩余分割区域。
此时，第一电池201及第二电池的电极端子紧贴于框架结构体100上，而不是位于收容贯通孔110的内部。即，如图2所示，散热盒的框架结构体100上侧可与第一电池201的电极端子201a、201b紧贴。
另一方面，在将第一电池201及第二电池用作袋形态的电池的情况下，袋式电池的边缘区域的发热比内侧区域大。
因此，本发明具有如下的结构特征，即，为了在第一电池201及第二电池的边缘区域对在第一电池201及第二电池进行充放电时产生的热量进行散热，在第一电池201与第二电池的边缘区域之间介入框架结构体100的设置部120。
图3为为了说明在本发明第一实施例的散热盒安装有一对电池的状态而沿着图2的a-a'线切开的剖视图。
即，在散热盒300的框架结构体100的收容贯通孔110收容并组装第一电池201及第二电池202。
因此，由于位于第一电池201与第二电池202的边缘之间的设置部120，散热盒300的收容贯通孔110被分割为2个区域，可在所分割的2个区域分别收容第一电池201及第二电池202来实现顺畅地组装排列。
其中，散热盒300以将2个电池，即，第一电池201及第二电池202内置于收容贯通孔110的方式设计。此时，散热盒300的收容贯通孔110的深度D可与2个电池201的厚度(t1+t2)实质上相同或较大。
因此，电池201不向散热盒300的层叠面突出。
如图4所示，可层叠多个本发明第一实施例的散热盒300来构成电动汽车用电池组510。
因此，本发明具有如下的优点，即，在散热盒300安装一对电池201并层叠多个散热盒300来组装电动汽车用电池组510，从而可制造与所层叠的电池的厚度(即，图4的散热盒300的厚度t实质上与一对电池的厚度相同)几乎相同的电动汽车用电池组510。结果，本发明的电动汽车用电池组510变得薄型化并轻薄化，可获取高容量的电池组510。
例如，在电动汽车用电池组安装150个电池的情况下，若在电池之间介入如铝翅片的散热翅片或现有技术的散热板来构成电池组，则需要149个散热翅片或散热板，使得无法使电池组轻薄化，在电池组中无法组装与149个散热翅片或散热板数目相同的电池，从而使电池容量减少。
参照图5，本发明第一实施例的散热盒300可将热传导率高的散热金属板150嵌件成型于散热盒的框架结构体100。
此时，优选地，散热金属板150嵌件成型于与设置部120接近的框架结构体100区域。更详细的说明如下，即，散热金属板150嵌件成型于与设置部120相对应的框架结构体100区域，即，与从框架结构体100的收容贯通孔的侧壁突出而构成的设置部120相向的框架结构体100区域，散热金属板150可将从电池产生的热量通过设置部120及散热金属板150迅速地向外部释放。
优选地，散热金属板150由热传导率优秀且价格低廉的铝(Al)或其合金材质构成。
如上所述，散热盒的框架结构体100的设置部120位于电池的边缘区域之间来对从电池产生的热量进行散热，优选地，散热金属板150嵌件成型于与设置部120最接近的位置。
在此情况下，所嵌件成型的散热金属板150的一面向外部露出来与散热模块相接触。
即，如图5所示，在设置部120的下部的框架结构体100设置散热金属板150，可将从电池向设置部120传递的热量通过散热金属板150迅速地向散热模块的热交换器170传递。
并且，如图6a所示，本发明的散热盒能够以包围框架结构体100的设置部120的方式嵌件成型有热界面材料130。
而且，如图6b所示，在设置部120形成结合槽121，可使上述结合槽121与热界面材料130相结合。
如上所述，若热界面材料130嵌件成型于设置部120或与结合槽121相结合，则降低接触热阻，并可减少一对电池之间的空气层来顺畅地向外部的热交换器释放热量。
热界面材料130的种类为散热膏、散热片、金属板、热传导性粘结剂等。
本发明第二实施例的散热盒600通过增加多个电池的安装效率来在相同面积安装较多的电池且在散热塑料的注塑结构体嵌件成型铝框架来减少制造成本的开创性的结构及材质的结合构成。
即，参照图7，本发明的散热盒600的特征在于，由框架结构体构成，上述框架结构体包括：收容贯通孔610，形成于中央区域，来收容一对电池；以及设置部601a、602a，形成于上述收容贯通孔610的侧壁来设置上述一对电池，上述框架结构体由散热塑料成形并嵌件成型成形有铝框架602。
上述框架结构体包括：散热塑料框架601，具有对收容上述一对电池的收容贯通孔610进行包围的设置部601a、602a，沿着长度方向排列于两端部；以及一对铝框架602，沿着上述散热塑料框架601的长度方向与设置部602a的外侧形成为一体。
例如，上述电池呈长方形，因此，收容贯通孔610和设置部601a、602a也呈长方形。
长方形设置部601a、602a包括：一对第一设置部601a，沿着收容贯通孔610的纵向相向配置；一对第二设置部602a，沿着收容贯通孔610的长度方向配置来连接一对第一设置部601a的两端部。
其中，框架结构体也为长方形四边框架结构，铝框架602的长度L1比散热塑料框架601的长度L2长。
即，若利用高价散热塑料进行注塑成形来制造散热盒600的框架结构体，则制造成本高而可使市场性降低，在本发明中，镶嵌低价铝框架602来注塑成形散热塑料框架601来构成散热盒600，从而可大大降低制造成本。
并且，在仅利用散热塑料进行注塑成形来制造散热盒600的情况下，当将作为散热填充物被分散的树脂的散热塑料向磨具注入时，重的散热填充物的流动性不如树脂，散热填充物有可能集中于散热盒600内的局部区域，因此存在无法实现均匀的散热效率的缺点。
因此，在本发明中，利用散热塑料对散热盒600的短的框架区域进行注塑成形来构成散热塑料框架601，利用铝框架602镶嵌相对长的框架区域来减少进行注塑成形的大小，使散热塑料框架601具有更加均匀的散热特性。
同时，相比于散热塑料框架601，铝框架602的热传导特性显著优秀，因此可提高散热盒600的散热特性。
同时，相比于由利用散热塑料进行注塑成形的单独散热塑料框架601构成框架结构体，如本发明，若镶嵌铝框架602来注塑成形散热塑料框架601来制造框架结构体，则刚性优秀且可防止外力引起的扭曲等变形的产生。
散热盒600具有由散热塑料框架601和铝框架602形成来在内侧形成有收容贯通孔610的长方形四边框架结构，因此，散热塑料框架601和铝框架602分别具有收容贯通孔610的侧壁，在上述侧壁形成有第一设置部601a及第二设置部602a。
其中，设置部601a、602a为以将收容贯通孔610的侧壁水平地分为两部分的方式从上述收容贯通孔610的侧壁突出的突起，可通过框架结构体的上部及下部向收容贯通孔610***并设置一对电池。
优选地，这种设置部601a、602a沿着收容贯通孔610的侧壁形成，根据情况，能够以分离的形态形成于收容贯通孔610的侧壁的多个区域。
与第一实施例相同地，电池优选为袋式电池，散热塑料可使用分散导电性散热填充物的可非绝缘成形的树脂和分散绝缘性散热填充物的可绝缘成形的树脂。散热塑料对通过绝缘散热填充物传递的热量进行散热，通过绝缘散热填充物和树脂具有绝缘性。
因此，含有散热填充物的散热盒600可对通过电池的充放电产生的热量进行散热。此时，热交换器对向散热盒600传递的热量进行冷却。热交换器可使用如冷却风扇的气冷式热交换器、利用冷却水的水冷式热交换器等可降低散热盒600的温度的所有可行的热交换器。
因此，本发明具有将电池安装于散热盒600来对从电池产生的热量进行散热的优点。
参照图8，在第二实施例的散热盒600的框架结构体的上部中，在设置部601a、602a设置第一电池201来收容于收容贯通孔610的分割区域，第二电池(未图示)在框架结构体的下部中设置于设置部601a、602a来收容于收容贯通孔610的剩余区域。
此时，第一电池201及第二电池的电极端子紧贴于框架结构体上，而不是位于收容贯通孔610的内部。即，如图8所示，散热盒600的散热塑料框架601的上侧与第一电池201的电极端子201a、201b紧贴。
设置部601a、602a分别形成于散热塑料框架601及铝框架602。
另一方面，在第一电池201及第二电池用作袋形态的电池的情况下，袋式电池的边缘区域的发热比内侧区域大。
因此，本发明具有如下的结构特征，即，为了在第一电池201及第二电池的边缘区域对在第一电池201及第二电池进行充放电时产生的热量进行散热，在第一电池201与第二电池的边缘区域之间介入框架结构体的设置部601a、602a。
图9为为了说明在本发明第二实施例的散热盒安装有一对电池的状态而沿着图8的b-b'线切开的剖视图。
即，在散热盒600的框架结构体的收容贯通孔610收容并组装第一电池201及第二电池202。
因此，由于位于第一电池201与第二电池202边缘之间的设置部601a，散热盒600的收容贯通孔610被分割为2个区域，可在所分割的2个区域分别收容第一电池201及第二电池202来实现顺畅地组装排列。图9示出形成于散热塑料框架601的设置部601a。
其中，散热盒600以将2个电池，即，第一电池201及第二电池202内置于收容贯通孔610的方式设计。此时，散热盒600的收容贯通孔610的深度D可与2个电池201的厚度(t1+t2)实质上相同或较大。
因此，电池201不向散热盒600的层叠面突出。
图10为在适用于本发明第二实施例的散热盒的铝框架形成有氧化覆膜层的状态的部分剖视图。
参照图10，在本发明中，可对铝框架602进行阳极氧化来在铝框架602的表面形成由氧化铝形成的氧化覆膜层603。
即，若在电解液内向铝框架602施加电压，则铝框架602可被阳极氧化来形成氧化铝的氧化覆膜层603。
此时，氧化铝的氧化覆膜层603可提高很好地辐射热量的辐射系数并具有绝缘特性。
电解液可使用酸性电解液或碱性电解液，优选使用酸性电解液。酸性电解液可使用硫酸、草酸、磷酸或它们的混合物。并且，可通过调整阳极氧化时间和电流密度来调整需要绝缘的氧化覆膜层603的厚度。
如图11所示，本发明第二实施例的散热盒600可通过层叠多个来构成为电动汽车用电池组510。
因此，本发明具有如下的优点，即，在散热盒600安装电池201，并层叠多个散热盒600来组装电动汽车用电池组510，从而制造与所层叠的电池的厚度(即，图5的散热盒600的厚度t实质上与一对电池的厚度相同)几乎相同的电动汽车用电池组510，从而可获取薄型化、轻薄化并高容量的电动汽车用电池组510。
与图5所示的本发明第一实施例的散热盒300相同地，本发明第二实施例的散热盒600还可包括以迅速地向外部释放从电池产生的热量的方式嵌件成型于与从散热塑料框架601的收容贯通孔的侧壁突出而构成的设置部161a相向的散热塑料框架601区域的散热金属板。
参照图12，在本发明的第二实施例中，也可将热传导率高的散热金属板150嵌件成型于散热盒的散热塑料框架601。
此时，优选地，散热金属板150嵌件成型于与设置部161a接近的散热塑料框架601区域。更详细的说明如下，即，散热金属板150嵌件成型于与设置部161a相对应的散热塑料框架601区域，即，与从散热塑料框架601的收容贯通孔的侧壁突出而构成的设置部161a相向的散热塑料框架601区域，散热金属板150可将从电池产生的热量通过设置部161a及金属板150迅速地向外部释放。
优选地，散热金属板150由热传导率优秀且价格低廉的铝材质构成。
如上所述，散热盒的散热塑料框架601的设置部161a位于电池的边缘区域之间来对从电池产生的热量进行散热，优选地，散热金属板150嵌件成型于与设置部161a最接近的位置。
并且，所嵌件成型的散热金属板150的一面向外部露出来与散热模块相接触。
即，如图12所示，在设置部161a的下部的散热塑料框架601设置散热金属板150，可将从电池向设置部161a传递的热量通过散热金属板150迅速地向热交换器170传递。
并且，如图13a所示，在本发明的第二实施例中，在散热盒的散热塑料框架601的设置部161a也可嵌件成型有热界面材料130。
而且，如图13b所示，可在设置部161a形成结合槽121，可使上述结合槽121与热界面材料130相结合。
若热界面材料130嵌件成型于这种设置部161a或与结合槽相结合，则降低接触热阻，并可减少一对电池之间的空气层来顺畅地向外部的热交换器释放热量。
热界面材料130的种类为散热膏、散热片、金属板、热传导性粘结剂等。
图14为示出在本发明第二实施例的散热塑料的散热塑料框架形成有绝缘性塑料的状态的部分俯视图。
参照图14，袋式电池的电极端子201a、201b设置于散热塑料框架601上来进行组装。
因此，在本发明中，可在设置袋式电池的电极端子201a、201b的区域镶嵌绝缘性塑料板605来注塑成形散热塑料框架601。
即，袋式电池的电极端子201a、201b设置于绝缘性塑料板605并与上述绝缘性塑料板605相接触。
以上，以例举并图示特定的优选实施例的方式对本发明进行了说明，本发明并不限定于如上所述的实施例，本发明所属技术领域的普通技术人员可在不超过本发明的精神的范围内进行各种变更和修改。
产业上的可利用性
本发明可适用于减少制造成本、提高散热特性、可获取均匀的散热性能、刚性优秀并可防止变形的散热盒和电池组。

Claims (9)

1.一种散热盒，其特征在于，
上述散热盒为由散热塑料成形并能够收容一对电池的框架结构体，
上述框架结构体包括：
收容贯通孔，形成于中央区域；以及
第一设置部、第二设置部，形成于上述收容贯通孔的侧壁来设置上述一对电池，
上述框架结构体由散热塑料框架和铝框架构成，
上述散热塑料框架具有对收容上述一对电池的收容贯通孔进行包围的第一设置部，并沿着长度方向排列于两端部，
上述铝框架具有对收容上述一对电池的收容贯通孔进行包围的第二设置部，并沿着上述散热塑料框架的长度方向与第二设置部的外侧通过嵌件成型形成为一体，
上述散热塑料框架由能够非绝缘成形的树脂形成，
在上述散热塑料框架的区域通过注塑成形方式镶嵌有绝缘性塑料板，
上述一对电池为袋式电池，上述袋式电池的电极端子设置于上述绝缘性塑料板并与上述绝缘性塑料板相接触。
2.根据权利要求1所述的散热盒，其特征在于，还包括由上述铝框架的表面被阳极氧化而形成的氧化铝形成的氧化覆膜层。
3.根据权利要求1所述的散热盒，其特征在于，还包括嵌件成型于上述散热塑料框架的散热金属板。
4.根据权利要求3所述的散热盒，其特征在于，上述散热金属板嵌件成型于与上述设置部接近的散热塑料框架区域。
5.根据权利要求1所述的散热盒，其特征在于，还包括嵌件成型于上述散热塑料框架的设置部的热界面材料。
6.根据权利要求1所述的散热盒，其特征在于，在上述散热塑料框架的设置部形成有结合槽，上述结合槽与热界面材料相结合。
7.根据权利要求1所述的散热盒，其特征在于，上述收容贯通孔的深度与上述一对电池的厚度相同或比上述一对电池的厚度大。
8.根据权利要求4所述的散热盒，其特征在于，上述散热金属板的一面向外部露出来与散热模块相接触。
9.一种电动汽车用电池组，其特征在于，通过层叠多个权利要求1至8中的任一项所述的散热盒来构成。
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